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儲備:酸性含氟工業廢水處理方法
發布時間:[2021/02/25]

    慧聰水工業網 氟是人體內重要的微量元素,是牙齒及骨骼不可缺少的成分。但過量攝入會引發氟骨癥和氟斑牙等中毒癥狀。我國有將近1億人生活在高氟水地區,目前在我國氟受害者多達幾千萬人,除個別地區是由于自然因素外,大量的高氟工業廢水的排放是主要因素之一。

    我國現行的《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)規定排放水中F-的質量濃度不超過10mg˙L-1,而一般條件下氟化鈣的溶解度為8.9mg˙L-1,因此,處理含氟工業廢水的難度較大,很難穩定地控制出水中F-的質量濃度小于10mg˙L-1。

    含氟廢水的處理方法有多種,國內外常用的方法大致分為兩類,即沉淀法和吸附法。目前,對于高濃度含氟工業廢水,一般采用鈣鹽沉淀法,即向廢水中投加石灰乳,使氟離子與鈣離子生成CaF2沉淀而除去。但該方法處理后出水難達標、泥渣沉降緩慢且脫水困難。絮凝沉淀法及吸附法主要用于中低濃度含氟廢水。對于高濃度的含氟廢水,為保證出水質量,往往需進行兩步處理,先用石灰進行沉淀,使氟含量降低到20~30mg˙L-1,繼而用吸附劑處理使氟含量降到10mg˙L-1以下。

    文章結合化學沉淀和絮凝沉淀,在鈣鹽沉淀的基礎上,從配合不同鋁鹽混凝沉淀以及堿的種類等多種因素上考慮,對福建某化工廠含氟廢水進行小試實驗,發現采用NaOH調節廢水pH,以CaCl2作為沉淀反應劑并輔助PAC的混凝沉淀作用,出水氟離子濃度小于4mg˙L-1,達到排放標準,效果穩定。

    1、試驗部分

    1.1 試劑與儀器

    JJ-4六聯電動攪拌器,PHS-25型pH計(上海雷磁廠),PXS-270型離子活度計(上海雷磁廠),E-201-C型pH電極,PF-1型氟電極,217型雙鹽橋甘汞電極。

    Ca(OH)2配制成10%乳液,CaCl2、PAC、Al2(SO4)3配制成10%溶液。NaF(分析純)105℃~l10℃烘干2小時后干燥器中保存,配制成所需的不同濃度的含氟水溶液,用于標定氟離子電極。試驗所用廢水為福建某化工廠含氟工業廢水,該化工廠是集螢石開采、加工、氟化物生產銷售為一體的氟化工公司,主要產品有氟化氫、氟化氫銨、氟化銨等氟化鹽。

    1.2 試驗方法

    取一定量的含氟廢水,氟離子濃度為975~1094mg˙L-1,pH值2.95~3.23,采用下述方法進行試驗:

    用Ca(OH)2調節pH值到中性或堿性,反應1h,投加PAC或Al2(SO4)3等混凝劑反應10min,沉淀2h后測定上清液氟離子濃度。

    用NaOH調節pH值到中性或堿性,加入CaCl2反應1h,投加PAC作為混凝劑反應10min,沉淀2h后測定上清液氟離子濃度。

    2、結果及討論

    2.1 鈣離子濃度對氟離子去除的影響

    石灰沉淀法處理工藝運行成本低,是目前使用最多的處理方法。通過投加Ca(OH)2調節廢水pH值,同時鈣離子與氟離子形成CaF2沉淀,反應1h后,投加PAC作為混凝劑,投加濃度為400mg˙L-1,反應10min后沉淀2h,測定上清液氟離子濃度,實驗結果如下表所示:

工業廢水 含氟廢水 鈣鹽沉淀法

    氟離子與鈣離子之間的靜電引力強,晶格能高,氟化鈣的溶解度小。其溶度積為Ksp=4×10-11(25℃)。

    2F-+Ca2+一CaF2↓

    從反應方程式來看鈣離子濃度越大,溶液中的氟離子濃度越小。試驗結果與理論分析相一致,隨著鈣離子濃度的增加,廢水中的氟離子濃度下降。但投加石灰乳時,即使其用量使廢水pH達到12,也只能使廢水中氟離子濃度下降到15mg/L左右,且水中懸浮物含量很高。

    2.2 不同混凝劑對氟離子濃度的影響

    單獨采用Ca(OH)2作為化學沉淀劑時,生成的CaF2顆粒細小,難于沉淀,考慮投加混凝沉淀劑協助CaF2的沉淀。氟離子廢水的絮凝沉淀法常用的絮凝劑為鋁鹽。鋁鹽投加到水中后,利用Al3+與F-的絡合以及鋁鹽水解中間產物和最后生成的Al(OH)3(am)礬花對氟離子的配體交換、物理吸附、卷掃作用去除水中的氟離子。本試驗中先在廢水中投加Ca(OH)2作為化學沉淀劑,反應1h后,投加PAC和Al2(SO4)3作為混凝劑,投加濃度為400mg˙L-1,反應10min后沉淀2h,測定上清液氟離子濃度,實驗結果如下:

2.2 不同混凝劑對氟離子濃度的影響  

    由表2可見,Al2(SO4)3作為混凝劑,即使在Ca2+投加量較少的條件下,對氟離子的去除效果也優于PAC。有研究表明,在PAC對氟離子的絮凝沉淀過程中,離子吸附是一項重要的作用方式,當水中SO42-,Cl-等陰離子的濃度較高時,由于存在競爭,會使絮凝過程中形成的Al(OH)3(am)礬花對氟離子的吸附容量顯著減少[3]。此外,F-能與Al3+等形成從AlF2+,AlF2+,AlF3到AlF63-共6種絡合物,這些鋁氟絡合離子在絮凝過程中會形成鋁氟絡合物(AlFx(OH)(3-x)和Na(x-3)AlFx)或夾雜在新形成的Al(OH)3(am)絮體中沉降下來。

    在此基礎上,考察了Al2(SO4)3投加濃度對氟離子去除效果的影響,實驗結果如圖1所示。

2.2 不同混凝劑對氟離子濃度的影響

    本試驗中,增大Al2(SO4)3的投加量,出水中氟離子濃度降低。當Al2(SO4)3投加濃度達到400mg˙L-1時,出水氟離子濃度達到11.4mg˙L-1,高于表2中相對應數據。鋁鹽絮凝沉淀法氟離子去除效果受攪拌條件、沉降時間等操作因素及水中SO42-,Cl-等陰離子的影響較大,出水水質不夠穩定。

    2.3 以NaOH調節pH值CaCl2作為化學沉淀劑對氟離子的影響

    廢水使用25%NaOH調節pH值至中性或堿性,加入CaCl2(2240mg˙L-1)反應1小時后,投加PAC作為混凝劑,投加濃度為400mg˙L-1,反應10min后沉淀2h,測定上清液氟離子濃度,實驗結果如表3所示:

氟離子濃度

    以CaCl2作為化學沉淀劑,出水中氟離子濃度小于4mg˙L-1,遠小于排放標準中要求的10mg˙L-1,也小于氟化鈣的溶解度8.9mg˙L-1,且效果穩定。這是因為當水中含有氯化鈣、硫酸鈣等可溶性的鈣鹽時,由于同離子效應而降低氟化鈣的溶解度,使出水中氟離子濃度大大降低。

    3、小結及結論

    通過對福建某化工廠含氟廢水的小試試驗,得出以下結論:

    3.1 隨著鈣離子濃度的增加,廢水中的氟離子濃度下降。

    3.2 以Ca(OH)2作為化學沉淀劑時,投加Al2(SO4)3作為混凝劑比投加PAC作為混凝劑對氟離子的去除效果更好。隨著Al2(SO4)3投加量的增大,氟離子去除效率增高。但是鋁鹽對廢水中氟離子的去除作用不穩定。

    3.3 用NaOH調節廢水pH值,以CaCl2作為沉淀反應劑并輔助PAC的混凝沉淀作用,出水氟離子濃度小于4mg˙L-1,達到排放標準,效果穩定。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

    在工程實踐中,Ca(OH)2難溶于水,多以乳化液形式投加。由于出水氟離子濃度隨著鈣離子濃度增大而降低,以Ca(OH)2作為鈣鹽,要保證出水效果,要求Ca(OH)2投加量大,由于生產的CaF2沉淀包裹在Ca(OH)2顆粒的表面,使之不能被充分利用,因而用量進一步增大,出水pH值要回調。此外,Ca(OH)2乳化液投加過程中,溶藥過程操作難度大,管道容易堵塞,維修頻繁。采用NaOH調節廢水pH值,以CaCl2作為鈣鹽,其溶解度大,溶解投加均方便,操作方便,設備投資小,耗電少。同時,CaCl2產生的同離子效應有效降低出水氟離子濃度,穩定出水效果。

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責任編輯:童志威

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